Polimery w medycynie

Sprawozdanie

ćw. 1

Wytwarzanie i badanie właściwości biodegradowalnych matryc polimerowych do wspomagania regeneracji nerwów obwodowych

data wykonania ćwiczenia: 13 III 2012

20 III 2012

Wstęp teoretyczny

Biodegradowalne osłonki polimerowe do regeneracji nerwów obwodowych otrzymuje się, wielokrotnie zanurzając formy na przemian w lepkim roztworze odpowiedniego polimeru i w roztworze nierozpuszczalnika. Powstałe w ten sposób rurki suszy się na powietrzu, wypłukuje w wodzie destylowanej z pozostałości rozpuszczalnika, po czym suszy w suszarce próżniowej.

Odpowiednio dobierając stężenie i rodzaj polimeru oraz nierozpuszczalnika, a także ilość warstw i średnicę formy, można uzyskać materiał o pożądanych właściwościach. Inną zaletą tej metody jest prostota wykonania.

Do wad przedstawianej metody wytwarzania osłonek polimerowych zaliczyć trzeba jej praco- i czasochłonność. Przy tym uzyskanie równomiernych i kształtnych rurek silnie zależy od wprawy osoby wykonującej.

Poli(kwas mlekowy) jest w pełni biodegradowalnym alifatycznym poliestrem, charakteryzującym się wysoką biokompatybilnością.

Dużą zaletą poli(kwasu mlekowego) jest możliwość regulowania szybkości jego biodegradacji, która może wynosić kilka miesięcy lub kilka lat, w zależności od tego, jaką rolę powinien spełniać produkt z niego wykonany. Z tego względu stosowany jest przede wszystkim do zastosowań biomedycznych (implanty dentystyczne, nici chirurgicznych itp.). Z PLLA produkuje się także biodegradowalne opakowania spożywcze, jednakże jego zastosowanie wciąż jeszcze jest ograniczone ze względu na wysokie koszty produkcji i przetwarzania.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wytworzenie osłonek polimerowych na bazie poli(kwasu mlekowego) (PLLA) służących do regeneracji nerwów obwodowych, a następnie zbadanie ich porowatości oraz właściwości mechanicznych.

Wykonanie

Przygotowanie osłonek polimerowych

W dwóch statywach umieszczono po 5 igieł o średnicy 1,1 mm stanowiących formy. Rurki polimerowe otrzymano, zanurzając igły w roztworze polimeru (8% PLLA w dioksanie) na 30 s, a następnie w roztworze nierozpuszczalnika na 60 s. Wymienione czynności powtarzano 12 razy, przy czym po pierwszym i ostatnim zanurzeniu igieł w roztworze polimeru odczekano 10 min przed zanurzeniem ich w nierozpuszczalniku, zaś pomiędzy kolejnymi zanurzeniami zachowywano odstęp ok. 60 s, aby z igieł spłynął nadmiar roztworu. Osłonki przygotowano w dwóch wariantach - stosując jako nierozpuszczalnik wodę lub mieszaninę wody i izopropanolu w stosunku 7:3 (v/v).

Po naniesieniu wszystkich warstw formy pozostawiono na 24 h do wyschnięcia, po czym rurki zdjęto z igieł i przez kolejne 24 h płukano w wodzie destylowanej w celu usunięcia pozostałości rozpuszczalnika. Następnie osłonki suszono w suszarce próżniowej przez 48 h.

Badanie osłonek polimerowych

Dla każdego wariantu wytworzonych uprzednio rurek polimerowych wybrano 3, z których wycięto 2 cm fragmenty, starając się wybrać odcinek o jak najbardziej równomiernej grubości. Następnie zmierzono suwmiarką długość każdego z tych fragmentów oraz średnicę zewnętrzną w trzech miejscach (obliczono średnią), po czym zważono na wadze analitycznej.

W celu zbadania wytrzymałości na rozciąganie wybrano po jednym 2 cm fragmencie rurki z każdego wariantu i przeprowadzono pomiar na zrywarce Zwick.

Wyniki

Tabela 1. Wymiary i masa badanych rurek polimerowych

l.p.	nierozpuszczalnik
		woda			woda + izopropanol
		dzewn [mm]	m [g]	l [mm]	dzewn [mm]	m [g]	l [mm]
1.	2,15	0,0248	20,87	1,93	0,0237	20,04
2.	2,11	0,0221	20,03	1,73	0,0204	20,14
3.	2,24	0,0223	20,16	1,86	0,0203	19,94

Opracowanie wyników

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów obliczono porowatość badanych rurek. Wyniki przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2. Objętość (V), gęstość pozorna (ρ_p) i porowatość (p_c) badanych rurek polimerowych

l.p.	nierozpuszczalnik
		woda			woda + izopropanol
		V [cm^3]	ρp [g/ cm^3]	pc [%]	V [cm^3]	ρp [g/ cm^3]	pc [%]
1.	0,055935	0,44337	64,47	0,039583	0,598742	52,02
2.	0,051003	0,43331	65,28	0,028202	0,723359	42,04
3.	0,060288	0,36989	70,36	0,035231	0,576203	53,83

Przykładowe obliczenia

Gęstość rzeczywista amorficznego PLLA wynosi 1,248 g/cm³ [James E. Mark, „Polymer data handbook”].

Na podstawie danych uzyskanych podczas badania wytrzymałości na rozciąganie badanych rurek sporządzono wykresy naprężenia w funkcji odkształcenia. Następnie wyznaczono wartości parametrów mechanicznych: modułu Younga E, maksymalnego wydłużenia ε i naprężenia przy zerwaniu σ i zebrano te wartości w tabeli 3. Wartości modułu Younga obliczono metodą najmniejszych kwadratów za pomocą programu Excel, uwzględniając pierwszy zakres prostoliniowy na wykresie naprężenie-odkształcenie.

Tabela 3. Parametry mechaniczne badanych rurek

Nierozpuszczalnik	E [MPa]	εmax [%]	σm [MPa]
woda	18,96	0,116	2,33
woda + izopropanol	32,54	0,152	2,21

Wnioski

Rurki otrzymane z użyciem wody jako nierozpuszczalnika charakteryzowały się wyższą porowatością (ok.65-70%) w porównaniu do rurek, przy otrzymywaniu których zastosowano mieszaninę wody i izopropanolu (ok. 42-54%).

Osłonka wykonana przy użyciu mieszaniny wody i izopropanolu miała większy moduł Younga (32,54 MPa) niż ta sporządzona z zastosowaniem samej wody (18,96 MPa). Rurka wykonana z użyciem wody odznaczała się większą wytrzymałością na rozciąganie (2,33 MPa) i mniejszym wydłużeniem przy zerwaniu (0,116%) niż ta sporządzona z użyciem wody i izopropanolu (odpowiednio 2,21 MPa i 0,152%).

2

---